磁致伸縮液位計的工作原理、特性,并和相應的測量方式作分析和比較。在化工生產當中精確測量反應器及儲罐中介質的液面以及同一容器內多種介質的界面,尤其是重要的化合反應器和大容積儲罐,其界面測量尤為重要。該液面的測量準確與否直接影響到企業的能源消耗、成本核算等重要問題。

在初期我們使用浮筒液位對液位進行測量,但是在動態過程當中,大多數的浮筒液位計在測量液位時反復的存在著以下幾個問題。

(1)由于液體比重的變化引起了嚴重的輸出誤差。

(2)由于有的物料具有腐蝕性導致浮筒扭力管焊接處的滲透泄漏而引起輸出誤差。

(3)物料積聚在扭矩管或浮子上導致輸出偏低或滯后。對于容器中多種介質界面的測量我們常應用差壓變送器對其進行測量但是由于物料比重的變化引起了嚴重的輸出錯誤。針對以上在生產當實際中存的問題,我們初期提出了多種解決方案但是在界面測量的問題中出現了較大誤差,造成了較大損耗。基于這種背景,我們對此進行反復分析、實踐,終于成功地用磁致伸縮式液位計解決了這一難題。

1 磁致伸縮液位計的結構特點及其工作原理

1 . 1 磁致伸縮液位計的構成

磁致伸縮式液位計是一種可對動態系統中的連續液位、界面進行測量,并提供用于監視和控制模擬信號輸出的高精度測量儀表,由360度內磁浮子;傳感器(壓磁傳感器和磁致傳感管):塑封全智能化電子裝置組成。液位計的核心部分是由一定的磁致伸縮物質構成的波導管。

1 . 2 磁致伸縮液位計的工作原理

磁致伸縮意指一些金屬(如鐵或鎳)在磁場作用下具有伸縮能力。磁致伸縮的原理是利用兩個不同的磁場相交時產生的一個應變脈沖信號,然后計算出這個信號被控測所需的時間周期,從而換算出準確的位置。這兩個磁場一個來自活動永磁鐵,另一個則來自由傳感器的電子部件產生的電流脈沖(該電流脈沖同時產生一個磁場)即“詢問信號”。當“詢問信號”同波導管上的浮子內的永磁體所產生的磁場相交時產生相互作用,波導管發生磁致伸縮現象,產生一個應變脈沖我們稱之為“返回信號”。從產生詢問信號的一刻到返回信號被控測到所需的時間周期乘以固定的聲音速度,我們便能準確的計算出磁鐵的位置變化。由于輸出信號是一個絕對值,而不是比例的或需要再放大處理的信號,所以不存在信號漂移或變值的情況,所以此類儀表不必和其他類型的位移傳感器一樣需要定期重新標定。其工作原理如圖1所示

2 單法蘭變送器與磁致伸縮液位計測量界面的分析、比較

爭對工藝裝置的運行及生產特點,過程控制工藝參數的檢測要求選用高精度、維修少以及成本合理的變送器是要考慮的因素,由于磁致伸縮變送器具有高精度,測量范圍廣,耐高溫,耐高壓的特點,因此幾乎適用于所有的過程控制應用。同時這類儀表可選用hart,honywell de,ff現場總線通訊協議與上位系統進行數字連接。

2 . 1 單法蘭變送器的界面測量

在化工生產當中反應器以及儲罐的界面的測量是一個難點。如圖2是本裝置當中二氯乙烷儲罐液位測量示意圖。該儲罐下面是二氯乙烷液體,由于二氯乙烷在常溫下易氣化故需要對二氯乙烷和大氣進行隔離。在其上面是液封(本裝置當中采用水作為液封)。由于二氯乙烷的密度比水大,所以兩種物料會自動分離。這個液位值必須精確控制在一定的范圍內,否則會造成二氯乙烷氣化使儲罐周圍區域存在嚴重的安全隱患。對于該儲罐我們一直采用單法蘭變送器對界面進行測量。其測量原理如圖2所示。

采用單法蘭變送器測量,差壓變送器測量時要用水的密度和二氯乙烷的密度來確定差壓變送器的零點和量程,而這兩個值都是通過理論計算出來的。如圖2所示,當該儲罐全部充滿輕介質即水的時候該變送器lt1的零點(p1)。

p1=ρ 2h2g+p0-p0

ρ2為水的密度;

h2為該儲罐的高度 ;

p0為大氣壓力。

當該儲罐中全部充滿二氯乙烷時該儲罐的壓力為該變送器的量程(p2)。

p2=ρ 1h2g+p0-p0

ρ2為二氯乙烷的密度;

h2為該儲罐的高度 ;

p0為大氣壓力 ;

其誤差原因分析如下。

(1)在實際儲罐中上面的水中含有部分二氯乙烷,下面的二氯乙烷中也含有部分水,且在水與二氯乙烷的界面處存在這一個過渡層,該過度層的厚薄不一、且該過渡層的密度也是不確定的。由于上述原因實際兩種物質的密度和理論值存在著誤差。因此,上述理論計算公式中的ρl、ρ2是一個不確定的值,由于密度的變化造成了變送器的測量值存在較大的測量誤差。

(2)該儲罐不可能出現全部充滿二氯乙烷的時候,二氯乙烷在常溫下會被氣化。若出現此種情況儲罐中的二氯乙烷將被氣化對周圍環境造成嚴重的的安全隱患,同時操作人員對該液位也不好控制。

(3)此測量方式的測量精度低 ,所測得的液位誤差較大。抗干擾能力差,液位波動較大,工藝操作難度大。

根據以上原因的分析為了安全及測量準確度的考慮我們對該儲罐液位測量進行實地觀察,研究,反復論證發現該測量方式在一定的條件下是不能滿足測量界面的目的。

2 . 2 磁致伸縮液位計在界面測量當中的應用

爭對單法蘭液位計在測量界面方面存在測量精度低,誤差大,抗干擾能力差等缺點。由于磁致伸縮變送器具有高精度,測量范圍廣,耐高溫,耐高壓的特點,采用磁致伸縮液位計進行測量該界面。其測量原理如圖3所示。

根據該儲罐的上下兩種介質的實際密度確定磁致伸縮式液位計的浮子的密度,該密度介于上下兩種介質的密度之間,即浮子的密度ρ2<ρ3<ρ1。由于浮子所處位置的密度是相對固定的,即含水與含二氯乙烷的百分率是相對固定的,浮子所受到的浮力也是固定的。根據浮子所受到的浮力和該浮子的重力相等的原理,浮子將漂浮在所要測量的界面位置。

浮子精確的浮在界面上從而保證了磁致伸縮式液位計的高精度測量。同時磁致伸縮液位計上再加裝一個浮子就可以同時測量水封的高度。這樣不但為工藝提供了精確的界面高度同時還可以提供精確的液封高度。可以使工藝操作人員對儲罐內的情況了解的更清楚。

通過以上分析可以看出,磁致伸縮液位計在界面測量方面不但消除了,由于介質比重發生變化引起的測量值與實際只存在較大偏差的問題,在測量精度方面也大大地提高了,為工藝操作人員提供了更為準確的界面及儲罐內的液位。抗干擾能力強,工藝操作人員操作方便同時能及時掌握儲罐內的具體情況。

3 結語

磁致伸縮式變送器作為一種新興的測量儀表,具有精度高、穩定性和可靠性強等優點。可以適用于界面液位測量,精確定位系統,以及智能機翼、機器人、自動化技術、燃油噴射技術、閥門、泵、波動采油等高技術領域有廣泛的應用前景。